压气机叶片复合疲劳试验系统的设计及疲劳寿命分析

为了模拟航空发动机工作典型状况,研究高低周复合疲劳对某型一级压气机叶片疲劳性能的影响,设计了高低周复合疲劳试验系统,进行了复合疲劳试验,振动试验及仿真分析；确定了叶片一阶振动频率为1530Hz,得出复合疲劳试验较纯低周加载缩短叶片寿命的作用高达586%。通过分析中值S N曲线和P S N曲线, S N曲线拟合系数高达099。通过对复合疲劳试验后的叶片断口进行分析,叶片断口的宏观和微观性状均出现了明显的疲劳源、高周扩展区、低周扩展区以及瞬断区,找到了叶片的断裂经历了高低周复合疲劳作用形成的明显特征区,最后说明了复合疲劳试验系统设计的合理性和可行性。      

柱状橡胶减振器非线性建模技术研究

针对柱状橡胶减振器在大量级冲击条件下,基于线弹性理论假设带来仿真误差较大的问题,提出了一种利用非线性弹簧阻尼单元的建模方法,给出了该方法的推导过程及冲击刚度曲线的获取方法。通过冲击试验验证了该方法具有很高的计算精度,为减振器的非线性建模技术深入研究奠定了重要基础。     

变刚度纤维曲线铺放复合材料层合板的有限元建模和拉伸特性分析

通过对变刚度铺放路径进行数学建模,得到变刚度复合材料层合板的拓扑构型,对复合材料层合 板内每个离散单元的每个铺层进行纤维角度和铺层厚度的独立设计。然后将拓扑构型数据导入有限元分析软 件GENESIS 中,实现层合板铺层信息的可视化显示和拉伸性能的分析,得出层合板的弹塑性本构关系。通过 仿真数据与实验测试数据进行对比,得出在所构建的变刚度复合材料层合板模型上进行拉伸实验仿真的准确 度可达95% 。该方法不仅可以可视化地展现出铺放过程中发生重叠的位置、整个复合材料层合板的厚度分布 以及每层上铺放角的分布,还可对其在弹塑性范围内的拉伸性能进行精确仿真。     

质子束布拉格峰测量

基于100 MeV回旋加速器质子束流，参考IAEA TRS-398号报告，开展质子束布拉格峰测量。基于水吸收剂量测量原理及影响因素，选择合适水箱尺寸及电离室型号。基于空腔理论，及质子与物质相互作用原理，利用PTW-30013指型电离室、MP3-P三维扫描水箱配合MEPHYSTO Navigator软件测量经石墨降能器扩展后的布拉格峰。测量同一实验条件下质子束百分深度剂量曲线，并利用软件对测量数据进行分析，将最高剂量作为归一点，得到该质子束流布拉格峰位、峰宽、实际射程、剩余射程及坪区高度等辐射质参数。该质子束布拉格峰宽约为1.21 mm,参考深度约为43.63 mm。     

压气机叶片加工误差影响不确定分析

为了正确评估加工误差的影响，提出了一种考虑加工误差大小、分布随机性的数值研究方法以实现叶片性能不确定性分析。采用NURBS(非均匀有理B样条) 方法实现叶型参数化，通过检测及统计手段获取误差真实分布，运用蒙特卡洛模拟生成随机样本，并训练Kriging代理模型进行不确定性分析，得到了叶片加工误差对气动性能的影响。结果表明:加工误差对气动性能的影响与所处工况有关，最高使得损失增加0.853%；叶型性能对于吸力面表面型线更为敏感，在加工及检测过程应给予更高要求。      

一种基于试验数据的发动机特性曲线拟合

准确的发动机特性曲线是其性能计算的基础。文章讨论了多种情况的特性曲线插值方法:在工作点位置区间内,对小数据情况引入了新的插值方法；多数据时,采用三次样条插值方法进行插值；在工作点位置区间外,数据较多时,基于最小二乘法进行不同工作点的拟合；当工作点位置数据较少,利用新的插值方法在区间内引入虚拟工作点增加数据点,后按照数据较多的情况处理。所得结果与实际数值比较,精度较高,具有一定的参考价值。     

一种转子空间弯曲轴线的测试方法及试验验证

提出了一种转子空间弯曲轴线的测试技术。针对某实际弯曲转子，首先，利用电涡流位移传感器测量转子不同截面的弯曲向量，得到了在同一绝对坐标下的各截面形心相对于旋转中心的弯曲向量；然后，应用三次样条函数拟合了转子的空间几何中心线，再利用Visual C++ 编程调用OPENGL图形函数，对弯曲转子进行了三维实体显示；最后利用百分表测量法和所提方法进行了对比试验。结果表明:所提方法测得的弯曲转子各截面轴心轨迹与百分表测得的各截面轴心轨迹基本一致，拟合圆结果也基本重合，其中截面1、截面6的拟合圆结果虽有轻微误差，但误差在可允许范围以内，由此验证了该方法的准确性和可行性。      

一种基于归一化参数的蠕变模型

针对传统蠕变模型(如Norton律)不能模拟蠕变第3阶段的不足,提出了一种基于归一化参数的蠕变模型,该模型以归一化时间为变量,以归一化应力和归一化温度为参数,可完整描述蠕变曲线的所有3个阶段.在该模型的基础上提出了能更好地描述蠕变曲线第1阶段的改进形式.利用所发展的模型对直接时效GH4169G材料的蠕变试验曲线3个阶段进行了较好地模拟,验证了该模型的描述蠕变变形的能力；同时确立了所发展模型中各参数与归一化温度和归一化应力之间的函数关系,取得了较好的效果；并且能与有限元软件结合,表明所发展的模型可应用于实际结构的蠕变分析.      

航空发动机风扇叶片伸根段造型设计与优化

探索了航空发动机风扇叶片伸根段造型的优化设计方法,利用它在保持叶身气动设计不变的情况下使风扇叶片振动特性得到改善。建立了基于非均匀有理B样条NURBS (non-uniform rational B-spline)桥接曲线的伸根段造型方法,实现气动叶身与榫头侧面间的光滑连接；通过改变桥接曲线控制顶点的位置实现伸根段造型的参数化设计,并在相关假设条件的基础上提取了完全定义伸根段造型所需的8个设计变量；以风扇叶片共振裕度最大化作为伸根段设计目标,在径向基函数网络(RBFN)与粒子群(PSO)算法的基础上建立了伸根段造型优化设计流程,其原理是构造RBFN近似模型来逼近和预测风扇叶片共振裕度与伸根段设计变量间的隐式目标函数,在此基础上使用PSO算法搜索使共振裕度达到最大化的伸根段设计变量组合。结果表明:某大涵道比宽弦风扇叶片采用上述流程,通过优化伸根段造型使风扇叶片轴向一弯模态的自振频率得到提高,与转速3倍频激振间的共振裕度提高约2%。      

钛合金超塑性成形过程的数值模拟

以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程。分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响。结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响。通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线。研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考。